对二溴苯(C6H4Br2)在化学工业领域有着广泛的应用, 但也是威胁臭氧层的有机污染物之一, 研究外电场作用下该分子的解离特性对臭氧层的保护具有重要参考价值。 在不同外电场(-0.025~0.025 a.u.)作用下, 采用密度泛函理论(density functional theory, DFT), B3LYP/6-311+G(d, p)基组水平上优化了对二溴苯分子的基态几何结构; 采用含时密度泛函理论(time-dependent density functional method, TD-DFT)和B3LYP/6-311+G(d, p)基组计算了分子的紫外吸收光谱, 推测分子的解离特性; 对分子两个C-Br键的势能进行扫描, 给出了对二溴苯分子解离特性的直接证据。 研究表明, 在外电场作用下, 对二溴苯分子的基态几何结构、 光谱特性、 势能曲线及势能面均发生较大改变。 随着外电场的增加, 对二溴苯分子的3C-12Br键长、 分子体系总能量均逐渐降低, 6C-11Br键长、 偶极矩逐渐增大; 6C-11Br键长的增大, 说明对二溴苯分子的6C-11Br键能减小, 6C-11Br键更容易断裂。 能隙随外电场增强先增大后减小, 能隙的减小, 说明分子更容易发生化学反应。 C-Br键伸缩振动峰强度逐渐减小, 紫外吸收光谱吸收峰强度先略微增大后猛然降低, 红外光谱的振动频率和紫外吸收光谱的最强峰均发生了红移, 表现出分子能量增强的特性, 表明振动加强, 化学键变得更活跃。 在外电场作用下扫描了对二溴苯分子的3C-12Br键, 得到了分子3C-12Br键的势能曲线, 当外电场强度为-0.02 a.u.时, 分子右侧势垒的最高能量与最低能量基本相平, 分子3C-12Br键断裂; 在此电场强度下继续扫描6C-11Br的势能发现, 分子6C-11Br键也会断裂, 因此对二溴苯分子可以发生逐步解离。 在外电场作用下同时扫描对二溴苯分子的两个C-Br键, 得到分子的势能面, 当外电场强度为0.02 a.u.时, 势能面的对角线势能降低, 出现另一个解离通道, 因此对二溴苯分子可能发生协同解离。 上述结果为实验研究对二溴苯分子的外电场降解机理提供数据保障, 也对该分子体系的解离特性研究有重要的参考意义。

葡萄石可以以板状、片状、葡萄状、肾状、放射状或块状集合体的形式产出, 因其美丽的外观和特殊的晶体结构, 近年来受到了学者的广泛关注。本文通过电子探针、粉晶X射线衍射仪、傅里叶变换红外光谱仪、显微拉曼光谱仪、紫外可见分光光度计等仪器对黄绿色葡萄石的成分、结构及谱学特征进行了分析与探讨。葡萄石的主要致色元素为Fe, 且Fe3+经常取代Al3+占据八面体配位, Fe2+经常取代Ca2+存在于空隙中。电子探针数据表明: Fe与Al的含量变化整体呈现负相关关系, Fe与Ca的含量变化也整体呈现负相关关系, Fe含量相对较高的样品其黄绿色调加深。XRD图谱和拉曼光谱的结果表明: 在葡萄石中绿帘石以包裹体的形式存在。红外光谱和拉曼光谱表明葡萄石中存在硅氧四面体和铝氧八面体两种架构, 紫外可见吸收光谱揭示了葡萄石的致色机理。本文对葡萄石的矿物学特征及谱学特征进行系统分析, 为后续葡萄石的进一步研究提供思路与实验数据。

设计了一组应用于多光谱掌纹图像采集系统的光学薄膜滤光片。根据手掌皮肤在可见、近红外光谱波段反射率不同的特点,研究了掌纹识别滤光片的光谱特性参数及膜系设计。为提高系统获得的掌纹图像质量,采用四通道滤光片设计方案,光谱特性参数要求如下:中心波长为λ₁=470 nm、λ₂=520 nm、λ₃=630 nm、λ₄=880 nm;各通道的半宽度在8~12 nm范围内,透射率大于90%,平均截止背景深度大于OD6(即光谱透射率T<10 ^-6)。

在水稻抗倒伏育种中, 水稻茎秆纤维素含量作为重要的作物性状表现型数据, 用传统方法获取时受人力成本和时间成本的约束, 采集群体大小有限。 利用高光谱技术能够实现对作物性状信息的快速、 无损检测。 为探究水稻茎秆纤维素含量近红外光谱反演模型, 以田间小区试验的方式, 采集水稻灌浆期至成熟期茎秆基部倒2、 3节作为实验样本, 并在实验室内使用NIRQuest512型号高光谱仪测得茎秆近红外反射光谱数据; 采用标准变量正态变换（SNV）、 连续小波变换（CWT）及两种方法结合（SNV-CWT）对原始近红外光谱进行预处理, 经对比分析, 原始光谱经SNV处理后再通过CWT对应6尺度分解最优, 然后采用联合区间偏最小二乘法（SiPLS）、 迭代保留信息变量法（IRIV）对最优预处理（SNV-CWT）的光谱特征曲线进行光谱特征变量筛选, 分别提取了64个和16个特征变量; 为优化模型并提高其模型精度, 采用IRIV算法对SiPLS所选的特征变量进行二次筛选, 得到6个特征变量, 特征波长为1 200, 1 207, 1 325, 1 470, 1 482和1 492 nm, 最后基于优选出的特征变量分别建立水稻茎秆纤维素含量的支持向量机回归（εSVR）和核极限学习机（KELM）预测模型, 模型参数（惩罚系数C, 核函数系数γ和不敏感参数ε）分别采用灰狼算法（GWO）、 差分进化灰狼算法（DEGWO）和自适应差分进化灰狼算法（SaDEGWO）进行优化选择。 结果表明, 采用SNV-CWT方法光谱预处理后, 经SiPLS-IRIV方法筛选的特征变量构建的SaDEGWO优化的SVR模型精度最高, 模型参数Ｃ, γ, ε分别为302.838 2, 0.087 7, 0.070 8, 测试集的决定性系数（R2p）为0.880, 均方根误差（RMSEP）为15.22 mg·g-1, 剩余预测残差（RPD）为2.91, 表明模型具有较好的预测能力, 可为水稻茎秆纤维素含量预测提供参考。

通过可控的化学腐蚀法完成了对碳化硅量子点的制备，而后经超声空化作用及高速层析裁剪获得水相的碳化硅量子点溶液，利用化学偶联法，一步实现了SiC量子点的表面物化特性调控。通过对制备工艺参数调整前后量子点微观形貌、光谱特性的表征，结果表明：腐蚀次数、腐蚀剂组分及腐蚀剂配比是影响碳化硅量子点光致发光效率的主要因素，调整腐蚀次数与腐蚀剂组分的配比，同时加入偶联剂分析纯硫酸，当以V(HF)∶V(HNO3)∶V(H2SO4)=6∶1∶1(体积比)的组分及比例腐蚀球磨后的β-SiC粉体时，制备出的水相碳化硅量子点光致发光相对强度最为理想。同时对碳化硅量子点表面巯基的形成机制与修饰稳定性进行了初步分析。

针对太赫兹技术在材料特征识别和探测领域的潜在应用以及高分子材料在太赫兹波段的指纹特征, 利用太赫兹时域光谱技术开展了PA66高分子材料在太赫兹波段的吸收光谱以及折射率、 介电常数等光学参数的实验与理论分析研究。 得到了PA66的太赫兹波段的光谱特征及吸收特征峰。 并利用密度泛函理论开展了PA66在0.1~10 THz范围内的分子振动频率的计算工作, 对比了理论计算数据和实验测试数据, 并进行了太赫兹光谱特征吸收峰的归属指认。 结果表明, 计算的PA66分子振动频率与太赫兹实验光谱具有较高的一致性, 并且太赫兹吸收光谱中的特征峰是分子中各基团的振动与太赫兹波频率的共振响应。 通过分析基团的振动模式, 对太赫兹光谱吸收特征峰归属进行指认: PA66材料在0.2~2.3 THz频段内多个特征峰主要由主链上酰胺基中CO, —NH基团的摆动以及大骨架C链中的—CH2非对称性振动产生。 其中, 0.77 THz处的特征峰归因于分子内强烈的CO和N—H的面外摆动, 1.56 THz处特征峰包含CO的面外摆动和C链上CH2的扭动, 而1.85 THz处特征峰主要归因于来自单体己二酸中CH2和CO键的面外摇摆。 中心频率约为4.57 THz处的特征峰, 包含了CO的面间摆动和来自单体己二胺中CH2的强烈扭动。 7.6 THz频率的吸收峰主要由CO的摆动和—CH2, —NH的剪切振动产生。 研究结果表明, 高分子材料对太赫兹波的吸收与分子中各基团的振动模式密切相关, 并且在太赫兹波段的振动吸收峰一般由主链和支链中各种官能团的摇摆振动、 扭曲振动以及分子间的相互作用而产生, 进而推论出非对称性、 含N、 O等元素官能团的极性高分子材料, 电负性的差异致使分子振动偶极矩较大, 在太赫兹波段容易产生指纹特征峰。 为利用太赫兹技术进行材料的结构分析和识别检测提供理论基础和技术支撑。

病害作为影响农作物生长的主要因素之一, 平均每年造成农作物产量损失高达12%以上。 病害不仅直接导致农作物产量减少, 而且也严重降低了农产品的品质, 甚至引发食品安全事故。 光谱成像作为一种融合图像处理和光谱学的信息获取技术, 能同时获取目标的图像信息和光谱信息, 从而更直观表达目标的特征。 光谱成像技术可以获得图像上每个点的光谱数据, 从而实现对作物病害的颜色、 形状和纹理特征及光谱特征的分析, 具有快速、 直观和无损等特点, 近些年在作物病害检测领域的应用取得了较大研究进展。 综述了近六年来国内外关于光谱成像技术在作物病害检测领域应用的相关文献, 分析了光谱成像技术的优势和局限性, 重点阐述了光谱成像作物病害检测中关键的第三个技术： (1）光谱图像分割技术, 重点分析了四种常见分割算法的优点和适用范围； (2）光谱特征和空间特征提取技术, 重点对比了空间特征、 光谱特征和二者加权组合对病害信息表达的准确性； (3）检测模型, 重点介绍了光谱植被指数和机器学习模型在作物病害检测中的稳定性和前景。 最后, 根据上述分析展望了光谱成像技术在作物病害检测领域中应用的研究趋势, 为相关研究提供全面且系统的参考。

目前水体重金属遥感反演相关研究仍比较薄弱。 自然界中重金属污染水体的光谱特征研究是重要的基础性工作, 是将来实现卫星遥感反演时波段选择的重要理论依据, 也是遥感反演模型所必须的基础参数。 首先利用Analytical Spectral Devices(ASD)光谱仪, 测量获得以大宝山尾矿水为例的典型重金属污染水体在两种水深和两种光照条件下的离水反射率光谱曲线, 发现在600~700 nm(红波段)均有稳定的反射峰, 然后进一步与自然界常见的两类水体(浑浊水体和富营养化水体)的反射峰位置进行对比, 发现: 以长湖水库石英砂厂附近为例的浑浊水体反射峰在550~700 nm(绿、 红波段), 以北江韶关冶炼厂附近为例的富营养化水体反射峰在550~600 nm(绿波段), 3种水体的反射峰位置各异, 说明该重金属污染水体反射率光谱与这两类水体具有很好的可分性。 然后在测量水体反射率基础上, 结合水质遥感模型和进行室内消光系数测量, 反演得到大宝山尾矿水体的总散射系数和总吸收系数光谱, 并进一步分离水分子吸收作用, 最终得到水中成分的综合吸收系数光谱曲线, 结果表明: 在紫光波段吸收最强, 在红光波段吸收最弱; 具体表现为: 从400 nm开始, 吸收系数快速递减, 在蓝绿光波段递减速度变缓, 从黄光波段又开始快速递减, 到676 nm达到极小值, 然后又快速增强至750 nm, 随后变化减缓。 最后结合水样的水质化验结果, 对该重金属污染水体的光谱成因进行分析, 发现现场水色和水中成分的综合吸收系数光谱特征皆与作者前期研究测量获得的硫酸铁溶液颜色及其吸收系数光谱特征吻合, 因此认为水中成分的光谱特征是由硫酸铁及其水解产物所引起。 以上说明该重金属污染水体的光谱特征明显, 反射峰和强吸收波长位置明确, 这是将来利用卫星遥感手段反演水中重金属浓度的重要特征波段。 该研究获得了以大宝山尾矿水为例的典型重金属污染水体反射率、 消光系数、 散射系数和吸收系数的光谱结果, 为日后推广至其他种类重金属矿的尾矿水体及水中成分光学参数反演提供方法依据, 也为将来利用卫星遥感技术对水中重金属浓度进行定量提取打下良好的理论基础。